祝繼文

摘要：水輪機(jī)是否能夠安全運(yùn)行，水輪機(jī)的主軸密封起決定因素，主軸密封是裝在水導(dǎo)軸承的下面，以防止水在壓力的作用下從主軸和頂蓋處滲漏到機(jī)器內(nèi)，水輪機(jī)主軸密封不好，將導(dǎo)致漏水量大，會(huì)使水導(dǎo)軸承被水淹，導(dǎo)致水輪機(jī)斷電，漏電，嚴(yán)重威脅水電站的安全。

關(guān)鍵詞：水輪機(jī)；主軸密封；水電站

前言

水輪機(jī)是一種能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，水輪機(jī)通過兩次能量的轉(zhuǎn)換來完成其工作職能，第一次是水能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，第二次是機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。水輪機(jī)工作的動(dòng)力來源是水，運(yùn)行的首要條件是主軸密封，目前水輪機(jī)普遍存在啟用不久后就漏水的現(xiàn)象，因此要對(duì)主軸密封加以研究和改造。

1 水輪機(jī)主軸密封的形式

主軸密封可以分為主軸檢修密封和主軸工作密封兩大類。檢修密封根據(jù)密封結(jié)構(gòu)形式可細(xì)分為空氣圍帶式檢修密封、機(jī)械式檢修密封和抬機(jī)式檢修密封。工作密封根據(jù)密封結(jié)構(gòu)形式可細(xì)分為主軸平板密封、主軸徑向密封、主軸盤根密封、主軸端面密封和主軸迷宮環(huán)密封。以下針對(duì)各種工作密封技術(shù)做介紹。

1.1 主軸平板密封

主軸平板密封就是依靠橡膠板與固定在主軸上的不銹鋼轉(zhuǎn)環(huán)端憑借水的壓力實(shí)現(xiàn)密封，包括單層平板密封和雙層平板密封。單層平板密封的框架比較簡(jiǎn)單，但是密封性不是很好，使用壽命也不長；雙層平板密封的框架比較復(fù)雜，但是密封作用非常好，并且使用壽命比單層的要長很多。

1.2 主軸徑向密封

主軸徑向密封是由很多個(gè)與水輪機(jī)鋼扇形塊形狀相似的碳精塊憑借彈簧的壓力緊壓在主軸上，達(dá)到密封效果，碳精塊形成的是一層又一層的開有小排水孔的密封圈，這樣少量滲漏出來的水可以通過小排水孔排出。徑向密封只適合應(yīng)用在干凈的水中，由于它的耐磨性能不好，維修起來又費(fèi)事，所以在含雜質(zhì)較多的水中不使用。

1.3 主軸盤根密封

主軸盤根密封是由底封環(huán)、盤根、水封環(huán)、水封管和壓蓋等部件組成，實(shí)現(xiàn)原理是將底封環(huán)和壓蓋使勁扣緊后套在中間的盤根上從而達(dá)到密封效果。

1.4 主軸端面密封

主軸端面密封包括機(jī)械式和水壓式兩種。機(jī)械式端面密封是依靠彈簧彈力將裝有圓形橡膠塊的圓盤拖起，使圓形橡膠塊和固定在主軸上的不銹鋼轉(zhuǎn)環(huán)緊緊貼合從而達(dá)到密封效果。橡膠密封環(huán)固定在水輪機(jī)的頂蓋上，這種密封的優(yōu)點(diǎn)是架構(gòu)簡(jiǎn)單，便于維護(hù)和調(diào)整，缺點(diǎn)是受彈簧性能的影響，容易因受力不均發(fā)生偏卡、摩擦，導(dǎo)致密封效果不穩(wěn)定。

1.5 主軸迷宮環(huán)密封

主軸迷官環(huán)密封是這兩年新發(fā)現(xiàn)的一種密封方式。它的實(shí)現(xiàn)原理是在水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的頂部裝置一個(gè)泵板裝置，由于泵板的吸引力作用，使主軸法蘭始終處于空氣之中，軸與軸封間隔著一層空氣，彼此不接觸，因此這種密封又被稱作非接觸密封，該密封由緊靠著軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)套、密封座和主軸密封排水管等部件組成。迷宮環(huán)密封的使用壽命在所有密封方式中是最長的。

在水輪機(jī)正常運(yùn)行情況下，整個(gè)負(fù)荷范圍內(nèi)密封盒上無水壓。水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪頂部的泵板隨轉(zhuǎn)輪同時(shí)旋轉(zhuǎn)以阻止水漏入主軸密封。排水管的作用一是阻止沙子等固體雜質(zhì)沉淀在水輪機(jī)頂蓋下，二是將少量漏水排至集水井。迷宮環(huán)密封現(xiàn)在已經(jīng)被很多水電站使用，并且使用的效果都很顯著。

2 非接觸式密封

2.1 非接觸式密封的優(yōu)點(diǎn)

國內(nèi)外通常采用的水輪機(jī)主軸密封方式主要為接觸式密封，如上述的平板密封、徑向密封、盤根密封等。在不含雜質(zhì)的清水中運(yùn)行的水輪機(jī)，采用上述幾種接觸式密封，都能滿足密封要求，起到防漏密封的作用，密封效果也能保持很長的時(shí)間。但是在雜質(zhì)較多的水環(huán)境中運(yùn)行的水輪機(jī)，如果采用上述接觸式主軸密封，就無法達(dá)到良好的密封效果。尤其在汛期，機(jī)組過機(jī)泥沙量增大，過機(jī)泥沙粒徑增大，導(dǎo)致密封結(jié)構(gòu)磨損加快，從而造成機(jī)組漏水加大，造成經(jīng)濟(jì)損失。

水輪機(jī)主軸非接觸式密封結(jié)構(gòu)由主軸、軸套以及密封座體組成，主軸上固裝有軸套，密封座體內(nèi)圈上緊固有軸瓦并制有多個(gè)凹槽，密封座體軸瓦內(nèi)側(cè)面與軸套之間設(shè)有間隙，密封座體最下或上層的凹槽上連接有密封排水管。非接觸式密封優(yōu)點(diǎn)在于，該軸封的密封座體與軸套部分不接觸，減少了不必要的磨損，延長了主軸密封的使用壽命；解決了水壓密封因水壓不穩(wěn)而帶來的密封性能不穩(wěn)定的問題；在正常水輪機(jī)運(yùn)行時(shí)不需要冷卻或潤滑，可降低生產(chǎn)成本。

2.2 非接觸式密封設(shè)計(jì)

下圖1是根據(jù)水輪機(jī)非接觸式密封原理設(shè)計(jì)的軸流、離心式密封結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是密封結(jié)構(gòu)中密封葉片位置的示意圖。

圖1所示的這種水輪機(jī)非接觸密封中，葉片組是直接與主軸相連接的，葉片隨著主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖2所示。由于非接觸設(shè)計(jì)，密封結(jié)構(gòu)與主軸間不存在摩擦，也不會(huì)有由于摩擦產(chǎn)生的熱量的影響。葉片實(shí)現(xiàn)密封效果的動(dòng)力來源于水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪，而不需增加其它任何輔助設(shè)備和消耗其它任何能量就能實(shí)現(xiàn)較好的密封效果，從而保證電站的發(fā)電效率和經(jīng)濟(jì)效益。

密封葉片的設(shè)計(jì)是根據(jù)水輪機(jī)結(jié)構(gòu)及漏水量的大小進(jìn)行的。對(duì)現(xiàn)運(yùn)行的機(jī)組，還可以根據(jù)具體的空間進(jìn)行改造設(shè)計(jì)。這種密封結(jié)構(gòu)最突出的優(yōu)點(diǎn)是允許采用較大的密封間隙，因此能在處于雜質(zhì)沙粒較多的水質(zhì)中運(yùn)行的水輪機(jī)上安全可靠的起到密封效果，可以做到零泄漏，零磨損，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于維護(hù)、密封效果可靠、使用壽命長等諸多優(yōu)點(diǎn)。

3 結(jié)束語

非接觸式密封是在近幾年出現(xiàn)的一種新型密封結(jié)構(gòu)。這種型式的密封由于采用非接觸而極大的降低了摩擦，甚至可以說是零摩擦，由此動(dòng)力的消耗也隨之降低，使用的壽命也隨之延長。目前非接觸式密封已被廣泛使用在大型，復(fù)雜，高速運(yùn)轉(zhuǎn)的水輪機(jī)上，達(dá)到的密封效果非常好，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]哈爾濱大電機(jī)研究所.水輪機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1976.

[2]陳湘勻，麥景朝.高水頭大容量抽水蓄能機(jī)組主軸密封改進(jìn)[J].水力發(fā)電，2004.

[3]劉麗娟.水輪機(jī)主軸密封的改進(jìn)[J].潤滑與密封，2002.

[4]王汝美.實(shí)用機(jī)械密封技術(shù)問答[M].北京：中國石化出版社，2004.

[5]任麗，李建斌，王煒.丹江電廠5號(hào)機(jī)組主軸密封的技術(shù)改進(jìn)[J].華中電力，2004.